復雜地質條件下大斷面隧道施工技術研 究 報 告37評審技術文件之一復雜地質條件下大斷面隧道施工技術研究總報告中鐵十二局集團有限公司二六年十一月一、概述1、工程簡介北京地鐵十號線第七合同段全長1.834公里。由花園東路站八達嶺高速站區間、八達嶺高速站、八達嶺高速站熊貓環島站區間三部分組成。設施工豎井3座。區間隧道均為暗挖，由于設計與16號線聯絡線、存車線和交叉渡線的需要，區間隧道斷面復雜多變，共設計13種斷面。其中花園東路站八達嶺高速站區間右線325m范圍內集中設計11種斷面形式（見表1）。復合式襯砌，大管棚和小導管超前支護，格柵鋼架、鋼筋網、噴混凝土初期支護，C30鋼筋混凝土二次襯砌。 區間隧道斷面結構尺寸 表1襯砌類型斷面形式結構尺寸(寬高 m)長度m標準斷面單跨標準斷面6.06.33左線1601、右線12101-1斷面三連拱斷面22.5510.5右線16.882-2斷面單跨大斷面13.49.11右線13.983-3斷面單跨大斷面12.29.34右線159.244-4斷面單跨大斷面12.49.54右線7.085-5斷面雙層框架結構2014.2右線10.66-6斷面不對稱雙連拱斷面17.69.79右線24.457-7斷面不對稱雙連拱斷面14.98.45右線25.278-8斷面對稱雙連拱斷面11.76.8右線16.19-9斷面單跨大斷面7.37.1右線13.1910-10斷面單跨大斷面6.86.89右線11.812、周邊建（構）筑物區間隧道埋深810m，穿越土城遺址公園，隧道邊界距小月河0.59.0m，隧道經過地段下穿5處建構筑物：江南大夫第金榜梨園酒樓、瑞潔加油站、河湖管理所辦公樓、大氣物理研究所的索塔拉錨基礎和小月河疏浚工程暗河。3、地質情況區間隧道地層主要為粉細砂層和粉質粘土層，根據鐵路隧道設計規范，為級圍巖，屬于松土和普通土。4、地下水情況地下水有臺地潛水和層間潛水，水位較高，接近自然地面。施工時采取降水措施，水位降至隧道底板1.0m以下，確保隧道在無水狀態下施工。二、工程特點1、區間設計斷面多達13種，屬典型的大斷面洞群段落，采用6種施工方法，不同施工方法間轉換多，斷面間接口多。2、區間11斷面為三連拱隧道，埋深淺，跨度達22.5m，施工步序多，施工難度大。3、區間下穿多種建筑物和管線，要求地面沉降量控制在30mm內，地表沉降要求嚴格。隧道隆起量控制在10mm內。三、關鍵技術1、地鐵三連拱淺埋隧道施工效應分步模擬分析技術區間11斷面為三連拱隧道，結構扁平，處于淺埋粉細砂地層，施工中隧道結構所受荷載加大，結構應力集中比較單拱隧道更趨復雜化，隧道成型和圍巖穩定性控制的難度增大，稍有不慎，極易造成圍巖過度變形，威脅區間管線和地表建筑物安全，甚至坍塌，嚴重影響施工進度和質量，因此選擇合理的開挖方式和支護參數，保證圍巖和結構的穩定極其關鍵。采用彈塑性有限單元法，對三連拱不同施工階段、不同荷載條件的受力特性和形變量進行模擬和分析，為確定合理的施工方案提供理論參考。根據區間隧道地質情況，采用FLAK軟件、顯式有限差分方法進行分析。2、水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術本標段區間隧道在大斷面施工、穿越地表建筑物時設計均采用108mm大管棚超前支護，累計數量達15213延米。大管棚施工速度和質量的好壞直接影響著施工進展。受豎井口和洞內作業場地施工空間的制約，普通管棚鉆機具有移位困難、洞內作業需先擴挖工作室的問題，鉆進過程中鉆頭的方向難于控制，棚管偏位嚴重是普通鉆機管棚作業中的通病，并且在城市地鐵擴挖工作室不利于對管線和建筑物的保護。本項目在國內首次采用HGT-100水平鉆機對隧道大管棚施工進行了研究和嘗試。該方法在鉆進過程中能準確測定鉆頭在地下的位置和方向，根據鉆頭在鉆進過程中的位置和方向同設計軌跡的差異，利用能進行調節方向的楔型鉆頭改變鉆頭的鉆進方向，從而按設計要求的角度完成各種大管棚的施工。具有一次連續鉆進長、管棚精度高、水平鉆機在同一斷面中不需擴挖工作室等優點。3、不同大斷面施工及工法轉換技術區間隧道共設計10種大斷面，并且大斷面集中于花園東路站八達嶺高速站區間右線布置，屬典型的大斷面洞群段落。斷面不同，采用的施工工法不同。根據斷面情況分別采用CD法、CRD法、雙側壁導坑法、中洞法、側洞法和雙側洞法等多種軟弱地層隧道工法。相鄰斷面的施工工法轉換是確保施工安全的關鍵環節，必須采用技術措施才能實現安全過渡。斷面轉換分為兩種：大斷面向小斷面轉換和小斷面向大斷面轉換。施工中重點研究斷面轉換中的分部開挖過渡技術和反向擴挖技術。四、主要成果通過北京地鐵的施工，復雜大斷面施工技術在以下方面取得研究成果：1、地鐵三連拱淺埋隧道施工效應分步模擬分析技術采用FLAK軟件、顯式有限差分方法，對11斷面擬采用的雙側洞法進行工況分析，模擬分析不同的施工工序對圍巖應力應變的影響及每步工序產生的地表沉降值，找出關鍵工序，理論分析雙側洞法在地鐵三聯拱施工中的可行性，經分析研究，取得以下成果：采用雙側洞法左右對稱開挖三連拱隧道能有效控制地表沉降。經計算，地表累計最大沉降為2.76cm，滿足設計的地表沉降3cm限值要求。各工序產生的地表沉降值見下表： 雙側洞法各開挖工序產生的沉降值 表2工序1234567891011累計沉降值 cm0.51.161.21.41.42.12.242.42.452.522.76三聯拱隧道施工過程中兩側鋼筋混凝土立柱對圍巖體的支撐穩定具有非常顯著的作用。連拱隧道由于跨度大的特點，其松弛塌落范圍比單拱隧道要大得多，作用在支護襯砌結構上的荷載也要比單拱隧道大得多，計算表明，這些荷載施工過程中大部分由兩側立柱承擔。因此，施工過程中應盡可能保護好立柱上部的巖體，防止過度損傷，并堅決杜絕超挖回填不密實的現象發生，避免降低圍巖結構的承載能力。對今后的三連拱隧道施工具有指導意義。2、水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術通過本項目的管棚施工研究，主要在管棚鉆機的選擇、鉆頭鉆進過程中的方位監控、鉆進過程中的糾偏方面取得以下成果：鉆機選擇：HGT100水平鉆機在本項目中一次連續鉆孔深度達52m，其特有的鉆進軌跡微調功能使其在相同斷面或斷面變化不大的隧道中進行大管棚施工不需進行拱頂挑高和兩側擴挖的工作室施工準備。經多種鉆孔設備比選，水平鉆機具有很大優勢。實踐證明，水平鉆機進行大管棚作業是成功的。鉆頭方位監控：通過研究，在鉆頭內安裝特制的傳感器，靈敏感知鉆頭方位。傳感器直接由15V直流供電。通過顯示屏顯示鉆頭的工作位置，主要顯示鉆頭傾角(水平角度)和面向角（左右方向）。鉆進糾偏：利用能進行調節方向的鉆頭（一般為楔型鉆頭）改變鉆頭的鉆進角度。如根據需要可以把鉆頭調到12點（如鐘表點位），即導向板朝下，直接頂進，此時由于導向板底板斜面面積大，受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在6點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機勻速旋轉鉆進，此時鉆桿軌跡一般是平直的。所以導向鉆頭是上下糾偏的關鍵，為國內大管棚施工中首次使用。經開挖檢查3根，距開孔50m處管棚垂直偏距分別是12cm、6cm、9cm，相鄰鋼管方向偏位分別為5、8、4cm，滿足設計的垂直偏距小于20cm、相鄰鋼管方向偏距小于10cm的要求。3、軟弱地層不同大斷面施工工法轉化技術本項目設計大斷面類型多達10種，從單拱、雙連拱到三連拱，各種斷面采用的施工方法各異，相互之間轉換頻繁。大斷面向小斷面轉換大斷面隧道向小斷面隧道轉換相對簡單，由于開挖斷面變小，圍巖穩定性相對加強。轉換過程中作業空間較大，操作方便，施工更趨安全性。一般在對大斷面按設計采取支護措施后，采用直接轉換法既可進入到小斷面隧道施工。小斷面向大斷面轉換小斷面向大斷面的工法轉換，因開挖斷面的增大，作業空間又受小斷面的制約，進行施工轉換難于一步到位。本項目采用漸變過渡法，在標準斷面的臺階法向三連拱的雙側洞法轉換及大斷面的雙側壁導坑法向三連拱的雙側洞法轉換過程中都取得了成功。分步過渡技術關鍵環節為：過渡段仰角的選取，綜合考慮應力變化復雜性、施工作業可操作性及后續反向擴挖的工作量，在粉砂和粘土層中宜選取30400；對過渡段附近510m小斷面圍巖注漿加固并施工二次襯砌；過渡段支護措施要加強，采取超前小導管注漿預加固巖體，格柵鋼架根據過渡開挖凈空定型加工，打設鎖腳錨管等多種支護措施；嚴格控制開挖進尺，監控量測及時進行。反向擴挖技術對過渡段進行反向擴挖，分部拆除過渡段臨時支護并施工符合要求的初期支護，以滿足設計凈空：對過渡段圍巖進行徑向注漿固結，小導管長度4m，注水泥漿；拆除前從大斷面向小斷面打設超前小管棚，超前小管棚長度以達到小斷面并形成棚管為準，對超前小管棚注漿；嚴格控制拆除范圍和拆除長度，CRD中的臨時仰拱及臨時鋼結構立柱只相應加長，不拆除；及時封閉拆除過程中小斷面一側暴露出的巖體。評審技術文件之二地鐵三連拱淺埋隧道施工效應分步模擬分析技術中鐵十二局集團有限公司二六年十一月一、 分析內容及目的為了在施工之前了解1-1斷面三聯拱隧道暗挖段施工過程中可能對地層產生的影響，明確這種影響的大小量級和范圍，明確危險可能發生的部位、方式及應采取的施工對策，同時為現場監控量測提供管理基準和依據，對該暗挖段進行施工過程的動態分析，主要計算施工時對地表變形的影響。通過大型巖土工程軟件FLAC模擬1-1斷面施工順序，確定每步開挖工序產生的沉降值，為科學制定方案提供依據，有效控制最大沉降在3cm以內。二、計算方法1、 有限差分法基本原理FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）是由美國Itasca Consulting Group Inc.開發的二維顯式有限差分法程序，采用適合于模擬大變形問題的拉格朗日方法，即模型單元網格隨著變形而不斷更新。它可以模擬巖土或其他材料的二維力學行為。拉格朗日元法的名詞淵源于流體力學。眾所周知，在流體力學中研究流體質點運動的方法有兩種。一種是定點觀察的方法，稱為歐拉法；另一種是隨流觀察的方法，稱為拉格朗日法。后者是研究每個流體質點隨時間而變化的情況，即著眼于某一個流體質點，研究它在任意一段時間內走出的軌跡、所具有的速度、壓力等。將拉格朗日法移植到固體力學中，將所研究的區域劃分成網格，網格的節點就相當于流體的質點，然后按時步用拉格朗日法來研究網格節點的運動，這種方法就稱為拉格朗日元法。這種方法不需要形成剛度矩陣，不用求解大型聯立方程組，占用內存較少，便于用微機求解較大的工程問題。2、 FLAC程序的主要特點(1) 較低的硬件配置 由于FLAC程序采用的是顯式有限差分方法，在運算過程中不必形成象有限元程序那樣的整體剛度矩陣，因此程序運行所占的內存不大。(2) 強大的前后處理功能 FLAC由于提供了友好的用戶界面，具有很強的前處理功能和后處理功能。差分網格生成較方便，而且可以很容易地用結構單元模擬梁、柱、樁、錨桿（索）等結構。(3) 實現對多種材料和多種工況的模擬 FLAC程序可以使用彈性模型、莫爾庫侖模型、橫觀各向同性模型、應變強化和軟化模型、修正劍橋模型、Drucker-Prager模型等多種材料本構模型，可以模擬地應力場生成、邊坡或地下洞室開挖、波在土中的傳播、土與結構動力相互作用、地下滲流等問題。另外，程序還包括界面模型，可用來模擬巖土體中的結構面（層面、軟弱面、斷裂面、滑動面等）等復雜的地質條件。3、模型建立 有限元計算模型如圖1所示，尺寸為60m35m，底部采用固定約束，兩端邊界處沿水平方向固定約束。模型上面為地表，取為自由邊界。強度準則采用莫爾-庫侖準則，變形模式采用大應變模型。施工過程中采取了降水措施，模型不考慮水的影響。圖1 模擬分析計算模型區間1-1斷面穿越的部位的地上物為一棟三層高臨時建筑。隧道北側為北土城西路。隧道南側為小月河，與小月河的最小距離為8.6米。支護結構采用復合式襯砌，初期支護采用噴射混凝土、鋼筋網、錨桿和格柵鋼架；二襯為防水鋼筋混凝土。開挖前沿全斷面拱部開挖輪廓線外施作小導管注漿超前支護,預以加固地層，并作超前支護輔助施工。支護結構的模型如下：初襯結構：首先用空單元（null）模擬隧道開挖，在使用350mm厚初襯部分單元格復活，并賦予表1所列鋼筋混凝土襯砌參數來模擬。超前注漿：采用在注漿范圍內提高網格力學參數來模擬。參數見表1 。二次襯砌：550mm厚的二襯部分單元格復活，并予表1所列鋼筋混凝土襯砌參數來模擬二次襯砌。中隔墻采用beam結構單元來模擬。表1 模型物理力學參數素填土163.20.30.01912.5粉土195.10.450.03128.9粘質粉土204.30.420.04423地層加固區2439180.241.340初襯混凝土24105000.193.535二襯混凝土26280000.175.0354、 工況模擬及結果分析施工工況本區段施工順序如圖2所示。圖2雙側洞法施工步序圖序號施 工 步 驟說 明1按圖示施工順序，施工超前小導管加固地層，開挖土體。及時施作初期支護及臨時支護格柵噴層，封閉支護體系。各導坑之間距離為5.0米。2分段拆除3、4部內虛線示意處仰拱，一次拆除長度不大于5.0米。施作中隔墻防水層，整體澆注中隔墻結構混凝土(A部分)，預留結構防水層、鋼筋接頭，并將拆除部分臨時仰拱與中墻頂緊。3分段拆除1、2部內臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米。施作邊跨防水層，整體澆注邊跨結構混凝土(B部分)，完成邊跨結構圬工。4邊跨混凝土全部達到設計強度后，按圖示施工順序，施工臨時小導管加固地層，開挖土體。及時施作初期支護及臨時支護格柵噴層，封閉支護體系。5中洞全部貫通后，拆除部分豎向臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米，鋪設中洞拱部防水板，澆注部分混凝土(C部分)，待混凝土達到設計強度后架設臨時豎撐。6拆除部分豎向臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米，鋪設中洞拱部防水板，澆注中洞頂拱分混凝土(D部分)。D、C縱距不小于15米。7拆除部分豎向臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米，鋪設中洞拱部防水板，澆注中洞底部剩余混凝土(E部分)。8澆注中洞底部二襯混凝土，二襯結構施工完畢。模擬分析過程根據具體施工過程，本次計算分析分以下步驟進行：第一步：開挖1號導洞，施作初期支護及臨時支護。第二步：開挖2號導洞，施作初期支護及臨時支護。第三步：開挖3號導洞，施作初期支護及臨時支護。第四步：開挖4號導洞，施作初期支護及臨時支護。第五步：分段拆除3、4號導洞內臨時支撐，澆筑中隔墻結構。第六步：拆除1、2號導洞內臨時支撐，澆筑二襯混凝土。第七步：開挖5號導洞，施作初期支護及臨時支護。第八步：開挖6號導洞，施作初期支護及臨時支護。第九步：開挖7號導洞，施作初期支護及臨時支護。第十步：開挖8號導洞，施作初期支護及臨時支護。第十一步：拆除導洞內臨時支撐，澆筑二襯混凝土。模擬結果分析在整個施工過程中，到第十一步累計引起的沉降達到最大，為2.76cm。每一步施工引起的沉降見圖3至13。圖3 第一步位移圖（沉降值為0.5cm）圖4 第二步圍巖位移圖（沉降值為1.16cm）圖5 第三步圍巖位移圖（沉降值為1.2cm）圖6 第四步圍巖位移圖（沉降值為1.4cm）圖7 第五步圍巖位移圖（沉降值為1.4cm）圖8 第六步圍巖位移圖（沉降值為2.1cm）圖9第七步圍巖位移圖（沉降值為2.24cm）圖10 第八步圍巖位移圖（沉降值為2.4cm）圖11 第九步圍巖位移圖（沉降值為2.45cm）圖12 第十步圍巖位移圖（沉降值為2.52cm）圖13 第十一步圍巖位移圖（沉降值為2.76cm） 5、施工控制標準根據以上分析結果，為了總變形值在控制范圍內，按照允許值的70%、80%作為預警值、報警值；并在每一施工步驟中進行分解（表2），作為施工過程中分步控制的標準，確保每一步序的沉降值都在控制指標內。表2 分步控制標準施工步驟最大沉降控制標準（cm）預警值報警值控制值第一步：開挖1號導洞，施作初期支護及臨時支護。0.350.40.50第二步：開挖2號導洞，施作初期支護及臨時支護。0.810.931.16第三步：開挖3號導洞，施作初期支護及臨時支護。0.840.961.20第四步：開挖4號導洞，施作初期支護及臨時支護。0.981.121.40第五步：分段拆除3、4號導洞內臨時支撐，澆筑中隔墻結構。0.981.121.40第六步：拆除1、2號導洞內臨時支撐，澆筑二襯混凝土。1.471.682.10第七步：開挖5號導洞，施作初期支護及臨時支護。1.571.792.24第八步：開挖6號導洞，施作初期支護及臨時支護。1.681.922.40第九步：開挖7號導洞，施作初期支護及臨時支護。1.721.962.45第十步：開挖8號導洞，施作初期支護及臨時支護。1.762.022.52第十一步：拆除導洞內臨時支撐，澆筑二襯混凝土。1.932.212.76三、結論1、通過對施工過程的分步模擬分析，建立了分步控制沉降的施工控制模式，把總的沉降值控制在每一施工步驟中進行分解，確保每一步序沉降值都在控制指標內，以確保最終的沉降不超限。2、采用雙側洞法施工三連拱隧道施工，能夠滿足沉降不超過3cm的要求。 3、設計的支護參數合理，小導管注漿加固地層能夠明顯減少沉降值。4、中隔墻在三聯拱隧道施工中具有非常重要的作用，施工中必須保證中隔墻與隧道支護結構的連接。評審技術文件之三水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術中鐵十二局集團有限公司二六年十一月城市人口的日益增加對城市的交通運輸帶來了一系列巨大的挑戰。要解決這一交通難題必須盡快建立大容量軌道交通。為了實現上述目標，各大城市都把軌道交通建設納入到城市建設的重點規劃當中。一般城市所處位置大部分在各種沖積平原上，圍巖屬于、級圍巖。并且城市軌道交通建設工程的大部分要下穿城市已有的建、構筑物，公路、鐵路、市政管網。故地鐵在暗挖施工過程中，線路位置的選擇因受限于公路、鐵路的類型、環保情況及城市發展等條件，使得隧道的位置、高度及覆蓋地層厚度等均處于非理想情況。并且隧道在開挖過程中總會遇到斷層或軟弱、破碎地層，常常引起工程問題。城市軌道交通建設中一直試圖發展一套能確實解決上述問題的工法。近年來國內外在地鐵施工過程中采用了淺埋暗挖法、超潛埋暗挖法等施工方法作為新奧法在城市軌道施工中的具體運用。超前支護大管棚工法作為通過軟弱圍巖、建構筑物的一種輔助支護手段在淺埋暗挖法中普遍被采用。目前國內外廣泛采用的大管棚法均一次性施作較短距離，常常需在隧道內預先設置管棚工作室，影響工效和經濟。為解決上述問題，我項目部經過探索、在施工中采用了“水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術”進行長管棚施工，管棚鉆機布設在暗挖隧道內部一次性管棚打設超過52米。在此基礎上，研究了在隧道中如何高效進行大管棚的施工方法。一、主要優勢1、一次性施工長度加大在本方法采用前，暗挖隧道內部進行管棚施工時管棚一次成型的長度一般在20米左右。采用了“水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術”后管棚的施工長度單向一次可以達到50米以上。一次性施工的大管棚減少了管棚搭接接頭，避免在施工中由于管棚搭接造成的管棚挑高，故管棚的整體性較好。同時減少了搭接接頭，降低工程成本。2、需用空間小管棚室的作用是將管棚施工用鉆機放在一個較高的位置，鉆機水平施工管棚。采用本方法后不用施工管棚室，在隧道初期支護的保護下直接進行管棚鉆進即可。在級圍巖暗挖隧道施工過程中，管棚室的取消等于將軟弱地層施工斷面減小，降低安全風險，減少工作量。3、準確鉆進采用對管棚鉆頭的方向及鉆桿的角度進行監測，通過反饋的角度信息及時調整鉆頭方向，使管棚與初支結構外輪廓始終保持在設計要求的距離。4、施工更為簡便“水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術”的采用完全改變以往管棚鉆機的施工工藝及施工工序。該方法是將管棚使用的棚管加工成為鉆機的鉆桿，同時現場加工一次性使用的導向鉆頭。在施工中將鉆孔、成孔、下管一次性完成，大大簡化了施工步驟。二、水平定向鉆進技術原理水平定向鉆進施工大管棚方法原理是由水平定向鉆進技術發展而來的。水平定向鉆進方法是非開挖管線施工的一種方法。非開挖地下管線施工技術目前包括水平定向鉆進技術、氣動夯管錐技術、氣動沖擊技術、微型隧道技術等；水平定向鉆進技術特點要求鉆進過程中在導向系統的監測下能準確測定鉆頭在地下的位置和方向，同時根據鉆頭在鉆進過程中的位置和方向同設計軌跡的差異，利用能進行調節方向的鉆頭（一般為楔型鉆頭）改變鉆頭的鉆進方向，到達目的地。并且利用鉆桿的柔性沿設計線路軌跡鉆進。圖 1管棚鉆頭示意圖 如圖1所示：鉆頭內裝有傳感器，傳感器直接由4節一號電池供電。傳感器由重力應變片設計制作而成，采用一封閉的中空棒狀體將重力應變片密閉加工成為傳感器。傳感器靠近鉆頭前端一側及中間部分采用固定裝置將傳感器固定牢固，防止管棚內部通過泥漿時傳感器變位。并且保證傳感器的軸線與鉆頭的軸線同向。同時在傳感器的末端伸出一條信號線及一條鋼絲繩，鋼絲繩作為回收傳感器使用。信號線末端與顯示屏相連，顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導向板的方向： 導向板朝上即為12點，如同鐘面)。打設角度如果偏下，可以把鉆頭調到6點，即導向板朝下，直接頂進，此時由于導向板底板斜面面積大，受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運動。同理在12點糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點、3點分別是為右、左糾偏方向。如果鉆機在旋轉鉆進過程中保持勻速，此時鉆桿軌跡一般是平直的。所以導向鉆頭是上下糾偏的關鍵。如圖2所示，采用“水平定向鉆進施工隧道長大管棚技術 ”兩種斷面在變形處的最大差值為800mm，在由小斷面向大斷面鉆進管棚時，通過對管棚的通過位置進行控制，可以將變斷面處的管棚一次施工到位。圖2暗挖區間變斷面圖三、施工方案設計管棚采用108熱軋無縫鋼管，壁厚5mm，間距300mm，設于拱部，沿開挖輪廓外布置，管口中心外放至距開挖輪廓線300mm。在管施工中考慮到管棚作為鉆機的鉆桿直接鉆入到地層內部，需要在管棚的鋼管兩端分別加工出內外絲扣，壁厚5mm鋼管在鉆進的過程中由于接頭處加工后的管壁特別薄，造成脫扣現象，故施工中將鋼管的壁厚可適當加厚。管棚外插角均為0.1，管內加設龍骨后灌注水泥漿；管棚長度根據不同的斷面長度打設，施工中相鄰斷面采用管棚漸變施工可以完成的，管棚一次性施工。采取9m超長水平定向鉆機，控制長度每節6m。1、管棚施工設備表1施工設備一覽表名稱型號數量水平鉆機HGT-1002臺定向鉆進導向儀DITRACKSE-1型水平導向儀2套工作平臺（架）H-3型可移動升降式工作平臺2泥漿泵（含注漿）BW-250型2攪拌箱立式離心泵循環攪拌1表2 鉆機參數型號尺寸（長寬高）最大回拖力鉆桿配置扭矩HGT-10011.71.51.5m150KN108mm、6m/根6000N.m2、管棚施工方法圖3 管棚施工方法示意圖原來施工管棚要求施工前開挖管棚室，管棚室的高度一般大于初期支護的拱頂1.0m以上，在管棚室內進行管棚的水平施工。本方法不要求進行管棚室的施工，在設計進行管棚施工里程前一段距離停止開挖，在已完成的初期支護下部準備管棚的施工。管棚施工里程與噴錨封閉掌子面的距離主要考慮管棚的挑高角度，在本標段的管棚施工過程中管棚的挑高高度一般為600mm?？紤]到鉆機的施工要求挑高的坡度為0.08，故要求在距離管棚施工面600/0.087500mm處進行掌子面封閉準備進行管棚施工。3、施工工藝流程三通一平人員設備進場鋪設H鋼軌道設備組裝調試埋設孔口管調試鉆機（方位、傾角）鉆具組裝進孔沖洗液循環導向鉆進回次加尺（接線、接口補焊）孔斜測量導向鉆進直至設計深度終孔回取探頭盒管內及環狀間隙注漿移至下一孔位。 4、具體操作管棚施工準備開孔：用專用開孔鉆機開出長約1000mm的159孔位，然后預埋159的孔口管；考慮到施工中的安全，要求開孔時跳孔進行管棚施工。用1088mm鋼管做鉆具，前端裝有導向探頭的導向專用鉆頭，采用泥漿護壁，利用有線導向儀監控，隨鉆進加尺（方位、角度發生變化時，隨時進行修正），將棚管依次打入。同時將鋼管接口用絲扣連接后再采用焊接嚴密，直至達到設計長度。鉆具組裝鉆頭楔掌板旋轉直徑125mm，楔型面與鉆具（鉆桿）交角20；水眼直徑為8-10mm；鉆具前部的導向鉆頭，探頭必須經檢驗，保證質量合格，性能可靠，安裝齊全；探頭盒后部加裝燈光以備隨時測斜之用。沖洗液流通系統沖洗液具體配比由專業泥漿工程師根據具體地層情況確定。泥漿需經充分攪拌，均勻配制而成。配制時，必須嚴格執行配比；沖冼液必須先配制好后使用，嚴禁使用中同時加清水、加料；沖洗液流通系統：沖洗液制備儲漿池泥漿泵送水器鉆具管外環狀間隙孔口回水閥門高吊管回漿管（溝）。鉆進過程中必須保持上述各流通環節的暢通；在施工過程中，應根據不同地層，合理調節泵壓、泵量，以免因沖洗液不足引起通道堵塞或因過大導致過量泥沙外排。此工程中，一般宜取中低壓、中小水量。導向鉆進導向鉆進前應對鉆機定位情況、方位、傾角情況，孔口管對中情況，沖洗液流通以及導向儀顯示情況進行全面復檢，確認正常后進行試鉆；鉆進前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進；鉆進時，泵壓應控制在0.6-1.0MPa，泵量為10-30L/min為宜。保持中低壓力，勻速中速鉆進；為防止水土流失，控制沉降，必要時需采用孔內保壓措施。要始終保持回水量小于或等于進水量；導向技術人員隨著不斷鉆進，必須時刻觀察探頭角度變化情況，角度偏差大于0.3時，應及時糾偏。當糾偏無效、偏差大于0.6時，應停止鉆進，及時報告項目經理，研究對策后再施工。現場須及時進行導向數據記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細記錄；鉆孔出現涌水時，應盡量保持泵壓，泵量不能變小，以平衡孔內壓力；沖洗液不正常時，嚴禁繼續鉆進。泵工應注意觀察沖洗液變化情況，及時上報有關負責人；導向鉆進至20及40米時，應分別進行一次測斜。發現超限，及時補救。回次加尺、接線、焊接每根管在下坑前必須進行質量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內的鐵屑、臟物及銹皮等必須清除干凈。下坑時避免與硬物相碰，以免損傷管扣；鉆進中，每次加尺后，須先鉆進后起出進行棚管絲扣接縫焊接（即先鉆后焊），以免鉆進時的扭力造成開焊。要求對每個焊接接縫進行自檢，保證焊接質量；連接的電線應選用導電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風機吹烤貼牢；回次加尺、接線、接管以及焊接過程中，均注意不得將異物遺留或掉入打設管內。探頭盒回取及終孔注漿用8mm的鋼絲繩將探頭盒取出，取出時應每10米測量一次孔斜情況；單孔打設驗收合格后，通過管內壓注水泥漿，對管內及管外環狀間隙進行充填；單孔驗收合格后，在現場立即辦理驗收合格簽證，再轉入下一孔位施工。5、使用效果經開挖檢查3根，距開孔50m處管棚垂直偏距分別是12cm、6cm、9cm，相鄰鋼管方向偏位分別為5、8、4cm，滿足設計的垂直偏距小于20cm、相鄰鋼管方向偏距小于10cm的要求。評審技術文件之四軟弱地層大斷面施工工法轉換技術中鐵十二局集團有限公司第二工程公司二六年十一月一、工程概況北京地鐵十號線花園東路站八達嶺高速站區間沿北土城西路南側的土城遺址公園綠化用地布設，起點里程為K7+049.241，終點右線里程為K7+745.541，終點左線里程為K7+771.341。左右線間距15.0m17.7m。平面線型位置為：在花園東路站東端有一處交叉渡線，渡線向東側、靠近右線引出220m長的停車線，預留M16線聯絡線在渡線東側由右線引出，左右線在八達嶺高速站西側均設置半徑為2000m的S曲線。線路縱斷面為：從花園東路站出站后，為2的下坡，在進入八達嶺高速站前轉為4和21的上坡。區間覆土厚度9m-12m。左線和大部分右線為單線馬蹄形斷面，臺階法施工。區間從花園東路站東端出發，有一渡線和聯絡線，斷面型式有馬蹄形加寬斷面、不對稱雙連拱斷面、對稱雙連拱斷面、三連拱斷面，根據斷面跨度大小，分別采用臺階法、CRD法、雙側壁導坑法、中洞法、側洞法、雙側洞法等施工。斷面分布見圖1。施工工法見表1。本區間設兩座施工豎井，豎井采用噴混凝土與型鋼圍囹內支撐體系。圖1花八區間大斷面分布圖（單位：米）表1 大斷面施工工法匯總表斷面類型長度（米）斷面形式采用工法備注1-116.88三聯拱雙側洞法2-213.98單洞雙側壁導坑法3-349.03+58.92+19.20+51.29單洞雙側壁導坑法4-47.08+4.00單洞雙側壁導坑法5-510.60雙層框架明挖2施工豎井6-624.45不對稱雙連拱側洞法7-725.27不對稱雙連拱側洞法8-816.10對稱雙連拱中洞法9-913.19單洞CRD法10-1011.81單洞CRD法二、不同施工工法斷面轉換類型本區間主體隧道存在12種斷面形式（包括標準斷面和人防段），采用六種暗挖工法施工。根據本區間的施工順序安排，1豎井向東西兩側施工，2豎井向東西兩側施工，兩個豎井中間在8-8斷面處匯合。按照斷面型式存在3-3斷面向4-4斷面轉換，4-4斷面向3-3斷面轉換，3-3斷面向8-8斷面轉換；6-6斷面向7-7斷面轉換，7-7斷面向3-3斷面轉換；3-3斷面向2-2斷面轉換，2-2斷面向1-1斷面轉換；9-9斷面向10-10斷面轉換，10-10斷面向標準斷面轉換。按照工法，存在雙側壁導坑法向中洞法轉換、側洞法向雙側壁導坑法轉換、CRD法向臺階法轉換和雙側壁導坑法向雙側洞法轉換等四種斷面轉換施工方法。斷面轉換分為兩種：大斷面向小斷面轉換、小斷面向大斷面轉換。斷面變化處有的尺寸相差不大，直接轉換即可；對斷面尺寸相差較大的，須采用一定的技術措施才能實現安全過渡。三、大斷面向小斷面轉換施工方法將大斷面全部施作到設計位置后，先施做鋼格柵噴射混凝土封端墻，再破除混凝土進入小斷面施工。當大斷面或大斷面的某一分部開挖至設計位置，自上而下架設格柵掛網噴混凝土封端，同時架設小斷面或小斷面的某一分部的格柵，作為開口的環框，直接過渡到小斷面或小斷面的某一分部。為方便架設，將小斷面格柵分成若干片適當加強，作為開口圈梁，用焊接方式連接在一起，噴射砼封閉。施工流程主要包括以下幾點：1、大斷面或大斷面的某一分部開挖至設計位置，密排兩榀鋼格柵，后面的一榀噴射混凝土，前面的一榀留下不噴，為施作大、小斷面間的封端墻作準備；2、準確定出小斷面的位置，架設加強的小斷面鋼格柵，作為小斷面開挖的加強環；3、采用水平鋼格柵連接大、小斷面格柵，保證焊接質量；4、打設小斷面范圍的超前小導管（大管棚）；5、封端墻噴射混凝土，同時作超前注漿的止漿墻；6、小導管（大管棚）注漿；7、重復以上步驟，直至小斷面具備開挖條件；8、短進尺開挖小斷面，深度以能夠密排架設一榀鋼格柵為宜，小斷面開口部位兩榀格柵密排，作為鎖口圈；9、按照小斷面施工步序開挖，完成斷面轉換。四、小斷面向大斷面轉換施工方法標準斷面1-1斷面2-2斷面小斷面轉換到大斷面，通過上挑、拓寬實現。當兩斷面相差不大的情況下，直接采取錯臺方式實現斷面轉換；當斷面尺寸相差較大時，采取轉換施工方案、配合超前支護手段、利用格柵噴射砼逐漸加高加寬斷面的漸變擴挖，由于本工程成型斷面不存在過渡段，過渡擴挖后需反向開挖形成垂直端墻。擴挖上挑坡度一般按12設置，在大小斷面間架設漸變的異型格柵并噴射混凝土支護，逐漸過渡到大斷面或大斷面的某一分部；在大小斷面變化點，增設鎖口圈或過梁，同時注漿加固該段拱墻土體。2-2斷面到1-1斷面的轉換涉及的工法多、斷面尺寸變化大、工序多，極具代表性，見圖2（藍色為1-1斷面，紅色為2-2斷面，黑色為標準斷面，數字為各斷面開挖順序），下面以2-2到1-1斷面轉換為例，對斷面轉換進行詳述。圖2三種斷面類型位置關系圖1、1-1斷面的施工工法（1）工法簡介1-1斷面為三聯拱形式，將整個斷面分為3個部分，兩側的側洞和中間的中洞，并分別采用CRD法開挖，待兩側洞施工完二次襯砌后再進行中洞開挖，這種方法暫定名為雙側洞法。施工步序見圖3。圖3雙側洞法施工步序圖（2）施工流程a.在結構拱部120范圍施作小導管注漿加固地層，導管長4米，間距0.3米，每0.5米打設一環。b.按圖示施工順序，分別采用CRD法進行兩側洞開挖，及時施作初期支護及臨時支護格柵噴層，封閉支護體系。各導坑之間距離不小于5.0米。c. 初支成環穩定后，分段拆除3、4部內虛線示意處仰拱，一次拆除長度不大于5.0米。施作中隔墻防水層，整體澆注中隔墻結構混凝土(A部分)，預留結構防水層、鋼筋接頭，并將拆除部分臨時仰拱與中墻頂緊。d.分段拆除1、2部內臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米。施作邊跨防水層，整體澆注邊跨結構混凝土(B部分)，完成邊跨結構圬工。e.邊跨混凝土全部達到設計強度后，按圖示施工順序，施工臨時小導管加固地層，開挖土體。及時施作初期支護及臨時支護格柵噴層，封閉支護體系。f.中洞全部貫通后，拆除部分豎向臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米，鋪設中洞拱部防水板，澆注部分混凝土(C部分)，待混凝土達到設計強度后架設臨時豎撐。g.拆除部分豎向臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米，鋪設中洞拱部防水板，澆注中洞頂拱混凝土(D部分)。D、C縱距不小于15米。h.拆除部分豎向臨時支護，一次拆除長度不大于5.0米，鋪設中洞拱部防水板，澆注中洞底部剩余混凝土(E部分)。i.澆注中洞底部二襯混凝土，二襯結構施工完畢，形成三聯拱結構。2、2-2斷面的施工工法（1）工法簡介2-2斷面為單洞大斷面形式，采用雙側壁導坑法施工，即整個斷面分為6部分，按照先邊后中、先上后下的順序開挖，整個斷面初期支護全部成型后再施做二次襯砌。施工步序見圖4。圖4雙側壁導坑法施工步序圖（2）施工流程a.施做1部超前小導管，注漿加固地層 ；開挖1部土體，施做初期支護。b.開挖2部土體，施做初期支護。1、2步縱距大于10.0米。c.施做3部超前小導管，注漿加固地層 ；開挖3部土體，施做初期支護。d.開挖4部土體，施做初期支護。3、4步縱距大于10.0米。e.施做5部超前小導管，注漿加固地層 ；弧形導坑開挖5部土體，施做初期支護；開挖 6部土體，施作臨時仰拱。f.開挖7部土體，施做初期支護。g.初支全部貫通后，先施做A部仰拱二次襯砌，A達到設計強度后拆模并立即架臨時支撐。h.縱向分段拆除兩側臨時仰拱，一次拆除長度不大于5.0米，施做B部二次襯砌，B、A縱距不小于15米，B達到設計強度后拆模并立即架設臨時支撐。i.縱向分段拆除上部臨時中隔墻，澆筑拱部C部二次襯砌，C、B縱距不小于15米； 拆除下部豎撐，施做仰拱D部二次襯砌，D、C縱距不小于15米，封閉成環。拆除臨時支撐。二襯結構施工完畢。3、分步過渡技術本工程的轉換是將左線標準斷面和右線2-2斷面一起轉換到1-1斷面，轉換的工法為臺階法和雙側壁導坑法轉換為雙側洞法，中間包括臺階法轉換為CRD法。（1）左線標準斷面段臺階法到CRD法的轉換左線開挖到距1-1斷面3米的位置開始進行擴大（見圖5）。圖5左線過渡平面圖通過3米過渡段，將標準斷面輪廓擴大600mm，北側達到1-1斷面輪廓位置，同時將標準斷面分為左右兩塊，增設臨時中隔墻，上臺階增設臨時仰拱，完成臺階法到CRD法的轉換。進入1-1斷面后南側繼續擴大，同時改型，通過5m過渡，逐漸將標準斷面的南側由弧形改為擴大的近似矩形，標準斷面的北側由弧形改為與南側順接的的近似三角形（見圖6）。圖6過渡段格柵放大、改型示意圖由于標準斷面南側變化較大，需在1-1斷面內繼續采用5米過渡，擴挖到位。過渡段內按照0.5米/榀架設鋼格柵，共設10榀，第一榀改型，南側直接挖出尖角，變為方形洞室，北側順接，中間設置臨時中隔墻，下部設置臨時仰拱，第2榀至第10榀逐步擴大，實現CRD法的分塊開挖。按照工法要求，側洞二襯后才進行中洞的開挖，因此及時進行回挖（回挖的內容后面敘述），施工側洞二襯。（2）右線2-2斷面部分的轉換2-2斷面采用雙側壁導坑法分為6個導洞開挖，南側的1、2、5、6導洞分別過渡到1-1斷面的南側側洞（5、6、7、8），斷面形式差別不大，而且屬大變小，見圖2，在此不做詳述。1-1斷面的兩個側洞施工完二襯后，進行中洞開挖。2-2斷面北側的3、4導洞需擴大到中洞的9、10、11、12導洞，同樣屬于臺階法到CRD法的轉換，采用5米過渡段進行斷面擴大，轉換方法與前述大同小異，差別主要包括以下幾點：a.兩側洞二襯已經成環，9、11步的初支已經形成一側，開挖施工相對安全。b.第10步挑頂后，和第9步拱頂格柵難以順接，形成凸出陽角，不利于結構穩定，需在第9步拱部增設型鋼支撐，對第10步拱部格柵施加反作用力。c.11和12步的仰拱高差較大，過渡第一榀需設置橫向臺階。圖7向1-1斷面過渡總平面示意圖圖8中洞過渡剖面示意圖4、過渡段的反向擴挖技術斷面分步過渡實現了不同斷面間初期支護的過渡，而本